CC BY
67
Химия растительного сырья. 2019. №2. С. 179-187. DOI: 10.14258/jcprm.2019023965
УДК 581.192: 582.684.1 (571.1/5)
ЭЛЕМЕНТНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ HYPERICUM PERFORATUM -НЕНОРМИРУЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
© Т.И. Сиромля1, Ю.В. Загурская2'
1 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, пр. Академика
Лаврентьева, 8/2, Новосибирск, 630090 (Россия)
2 Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН
(Институт экологии человека), Советский пр., 18, Кемерово, 650099
(Россия), e-mail: [email protected]
Hypericum perforatum L. - востребованное лекарственное растение, элементный химический состав которого изучен недостаточно, особенно на территории РФ. Цель работы - изучить элементный химический состав Hypericum perforatum L. юга Западной Сибири, обобщить литературные данные для различных природно-климатических зон и регионов и установить диапазоны содержания ХЭ, характерных для данного вида. Содержание химических элементов определяли методом АЭС в 100 образцах надземной и 60 образцах подземной части Н. perforatum из Западной Сибири (Новосибирская обл., Кемеровская обл., Респ. Алтай). Статистически значимые отличия по валовому содержанию ХЭ в различных образцах практически не проявляются. Для надземной части характерно очень высокое содержание К, Са, Р, Si, Mg (n*103-104 мг/кг), высокое - Al, Fe, Na (п*102 мг/кг), среднее - Mn, Sr, Ba, Zn, В, Ti, Си (n*10 мг/кг), пониженное -Ni, Zr (n мг/кг), низкое - V, Cr, Mo, Co, Y, Ga (nxlO"1 мг/кг), очень низкое - Sc, Be, Yb (n*10"2 мг/кг). В накоплении Ba и Sr проявились региональные особенности - уровень их содержания в сибирских растениях выше, чем в европейских. Среднемировые диапазоны содержания ХЭ в растениях Н. perforatum несколько шире региональных, а в отдельных случаях отмечаются экстремально низкие и высокие значения. Исследованные нами растения безбарьерно поглощают Zn, Р, В, Mg, Mn и К, но у Са, Ba, Sr, Mo, Со в различных образцах значение коэффициента корневого барьера составляет как больше, так и меньше единицы.
Ключевые слова: зверобой продырявленный, Hypericum perforatum, элементный химический состав, макроэлементы, биогенные элементы, эссенциальные элементы, коэффициент корневого барьера.
Работа подготовлена в рамках проектов ГЗ N° 0313-2016-0001 (НИОКТР N° АААА-А17-
117030110078-1) и N° 0352-2016-0002 (НИОКТР N° АААА-А17-117041410053-1).
Введение
Одно из наиболее популярных лекарственных растений - Hypericum perforatum L. (зверобой продырявленный), многолетнее травянистое растение сем. Hypericaceae, распространено во многих странах мира, в том числе в культуре. Препараты зверобоя (трава, настойки, экстракты) выпускаются в виде почти 200 лекарственных средств, реализующихся на современном российском рынке («Государственный реестр лекарственных средств»), а также входят в состав многих комплексных средств. Помимо биологически активных веществ (БАВ), в растениях содержится широкий спектр химических элементов (ХЭ). Однако многие ХЭ в высоких концентрациях могут быть потенциально опасны для здоровья человека. В России в настоящее время нормативными документами регулируется содержание в лекарственном растительном сырье (Государственная Фармакопея XIII изд.) и БАД на растительной основе (СанПиН 2.3.2.1078-01) четырех «токсичных» химических элементов (Cd, Pb, Hg, As), а концентрации остальных ХЭ ни для лекарственного растительного сырья (JIPC), ни для БАД на растительной основе не регламентированы. В литературе приводятся
сведения об элементном химическом составе
Сиромля Татьяна Ивановна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник,
Н. perforatum, но большинство работ принадлежит
e-mail: [email protected] иностранным авторам [1-21], исследования на тер-
Загурская Юлия Васильевна - кандидат биологических ритории РФ весьма разрознены и характеризуются наук, научный сотрудник, e-mail: [email protected]
* Автор, с которым следует вести переписку.
очень узким спектром исследуемых ХЭ [22-26], при этом данные по Сибирскому региону вообще крайне ограничены [24, 27].
В связи с этим возникает необходимость определения элементного химического состава Hypericum perforatum L. Западной Сибири, а также обобщения литературных данных по различным природно-климатическим зонам и регионам и выявления диапазонов содержания ХЭ, характерных для данного вида.
Экспериментальная часть
Объектами исследования являлись растения Н. perforatum, выращенные на юге Западной Сибири (Новосибирская обл., Кемеровская обл. и Респ. Алтай) в культуре на опытных участках Сада мичуринцев Новосибирского ГАУ, Кузбасского ботанического сада ИЭЧ СО РАН и Горно-Алтайского ботанического сада в 2011-2012 гг., а также дикорастущие растения из различных экотопов (в том числе антропогенно преобразованных), собранные в 2013-2015 гг. Материал (подземная часть растений: корневища с корнями и надземная часть: верхняя часть растений без грубых, одревесневших стеблей, используемая в качестве лекарственного сырья) собран во 2-3 декаде июля, даты сбора соответствовали началу стадии массового цветения растений и различались в зависимости от года и региона [27]. Сушку и пробоподготовку образцов проводили общепринятыми стандартными методами в соответствии с требованиями ГОСТов (24027.0-80, 24027.1-80, 24027.2-80) и Государственной Фармакопеи (ОФС.1.5.3.0005.15, ОФС.1.5.3.0007.15, ОФС.1.5.3.0009.15). Изучено 100 образцов надземной и 60 образцов подземной части Н. perforatum, анализы выполнены в трех аналитических повторностях в аккредитованной испытательной лаборатории ИПА СО РАН.
Элементный химический состав растений определяли после сухого озоления методом атомно-эмис-сионного спектрографического анализа (дуговой аргоновый двухструйный плазмотрон (Россия), спектрометр PGS-2 (Германия), многоканальный анализатор эмиссионных спектров (Россия)). Данные приведены в пересчете на абсолютно сухое вещество.
В качестве стандартов использованы образцы травяной муки злаковой (гранулированной) (ТМЗг-01) ОСО № 10-176-2011, листа березы (ЛБ-1) ГСО 8923-2007 и элодии канадской (ЭК-1) ГСО 8921-2007. Полученные результаты определения ХЭ в стандартах укладывались в их аттестованные значения.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили при помощи пакета программ STATISTICA 6.1. Нормальность распределения исследуемых ХЭ оценивалась по критериям Уилка-Шапиро, проверка гипотез о равенстве дисперсий в нормально распределенных выборках проводилась по критериям Кохрена. Статистическую значимость различий оценивали по методу Краскела-Уоллиса, критический уровень значимости р принимался равным 0,05.Поскольку для большинства исследуемых ХЭ было выявлено анормальное (логарифмическое) распределение данных, для их описания использовали медиану (Me) и 95% доверительный интервал (ДИ).
Результаты и их обсуждение
Элементный химический состав Н. perforatum варьирует в весьма широких пределах, поэтому статистически значимые отличия по валовому содержанию ХЭ между культивируемыми и дикорастущими на фоновых и антропогенно преобразованных территориях растениями практически не проявляются, в таблице 1 представлены обобщенные данные.
Обращает на себя внимание определенная разница значений кларков многих ХЭ - например, в приведенных в таблице 1 литературных источниках содержания ХЭ отличаются в 3-5 и более раз. Особенно резкие отличия (мг/кг) наблюдаются у Zr - 0.1 по [31] и 3.0-7.5 по другим источникам, Ga - от 0.01 п до 0.1, Sc - 0.008-0.02, Be - 0.001-0.1, Yb - 0.0015-10-п. Если сравнивать полученные нами данные с наиболее близкими между собой значениями кларков по [28] и [29], можно сделать вывод о том, что в наземной части Н. perforatum юга Западной Сибири содержится меньше Be, Ca, Со, Mn, Na, Y, Zr и больше редкоземельных элементов Sc nYb. Содержание последних двух элементов намного выше кларков и в других травянистых видах растений региона [32]; в литературе также практически не встречается настолько низких значений.
Элементный химический состав подземных органов растений имеет определенные отличия от надземной части (табл. 1), которые четко выявляются при расчете коэффициента корневого барьера (Ккб) - отношение содержания ХЭ в корнях к их концентрации в надземных органах, позволяющего оценить распределение ХЭ в растениях (рис. 1).
Таблица 1. Валовое содержание ХЭ в растениях Н. perforatum юга Западной Сибири и кларк в наземной
растительности
ХЭ Надземная часть Подземная часть Кларки
Me ДИ Me ДИ [28]* [29] [30] [31]
% масс.
К 1.22 0.54-3.68 0.55 0.23-2.71 1.1 1.4 0.3 1.9
Са 0.69 0.40-1.21 0.44 0.21-1.43 1.5 1.8 0.5 1.0
Р 0.32 0.14-0.75 0.07 0.01-0.30 0.2 0.23 0.07 0.2
Si 0.15 0.06-0.36 0.48 0.12-1.98 0.3 0.5 0.15 0.1
Mg 0.20 0.10-0.48 0.09 0.04-0.24 0.32 0.32 0.07 0.2
Al 0.05 0.02-0.13 0.22 0.12-0.55 0.03 0.05 0.02 0.008
Fe 0.02 0.01-0.06 0.08 0.05-0.15 0.02 0.02 0.02 0.015
Na 0.01 0.01-0.06 0.05 0.01-0.56 0.12 0.12 0.02 0.015
мг/кг
Mn 54 11-150 25 6-110 240 205 10n 200
Sr 39 22-150 31 15-100 40 35 20 50
Ba 28 8-86 33 6-210 22 22.5 10n 40
Zn 34 19-79 18 7-83 50 30 20 50
В 31 12-60 7 4-15 25 25 10 40
Ti 22 9-55 75 42-240 32 32.5 n 5
Cu 11 4-33 16 11-30 10 8 2.0 10
Ni 2.5 1.0-5.9 2.7 2.5-3.1 2.0 2.0 0.5 1.5
Zr 1.3 0.6-2.9 3.1 1.0-21.3 7.5 7.5 3.0 0.1
V 0.7 0.3-2.0 4.0 2.0-8.7 1.5 1.5 n 0.5
Cr 0.7 0.2-2.1 1.3 0.6-3.3 1.8 1.8 0.1-n 1.5
Mo 0.4 0.2-1.0 0.3 0.1-1.6 0.6 0.5 0.1-n 0.5
Со 0.3 0.1-0.8 0.6 0.2-1.7 1.0 0.5 0.2 0.2
Y 0.2 0.1-0.4 0.7 0.1-3.8 0.8 0.8 0.3 0.2
Ga 0.12 0.07-0.24 0.44 0.28-0.73 0.05 0.05 0.01-n 0.1
Sc 0.08 0.02-0.24 0.16 0.02-2.10 0.008 - - 0.02
Yb 0.03 0.01-0.08 0.1 0.07-0.17 0.0015 - 10-n 0.02
Be 0.02 0.02-0.04 0.04 0.02-0.34 0.10 - 0.04 0.001
Примечание.* Содержание макроэлементов приведено по X. Боуэну, 1966.
Как видно на рисунке 1, пропускная избирательность корневой системы растений по отношению к отдельным ХЭ резко отличается. Для биофильных элементов, выполняющих в растениях наиболее важные физиологические функции, в целом характерен акропетальный тип накопления и безбарьерное поглощение, что уже наблюдалось нами ранее при исследовании Plantago major L., Achillea millefolium L. и др., а также многократно отмечалось в литературе. С этим вполне согласуются и полученные нами данные - все исследованные растения Н. perforatum безбарьерно поглощают Zn, Р, В, Mg, Мп и К, хотя у Са, Ва, Sr, Mo, Со в различных образцах значение Ккб составляет как больше, так и меньше единицы.
Величина Ккб больше единицы указывает на наличие барьера при поступлении ХЭ в надземную часть растений. Не останавливаясь подробно на возможных механизмах данного явления, широко обсуждаемых в литературе, можно лишь отметить, что приводимые исследователями данные зачастую резко отличаются между собой и напрямую зависят от природы ХЭ, видов растений, условий окружающей среды и т.д.
Остальные исследованные нами ХЭ содержатся в надземной части растений в меньшем количестве, чем в корнях, при этом Ккб значительно варьирует, изменяясь в диапазоне от 1 до 10 (Си, Be, Zr, Ni, Cr, Y, Sc, Ga, Yb) и более (Si, Ti, Fe, Al, V, Na). Наиболее значительная вариабельность данного показателя у последней группы элементов может быть связана с различной запыленностью растений мелкодисперсными почвенными частицами, для которых характерны высокие содержания вышеуказанных ХЭ. В многочисленных зарубежных публикациях, посвященных вопросам содержания ХЭ в атмосферных аэрозолях и фолиар-ного поступления ХЭ в растения, указывается, что агрегаты размером менее 10 мкм, идентифицируемые как почвенные частицы, содержат преимущественно А1 и Fe, несколько меньше - Si и Ti, а также отмечается значительный вклад V, Na, Cr, Ni и в случае сильного антропогенного воздействия - ряда других элементов. В работе [33] данная информация подтверждается снимками электронного сканирующего микроскопа - на поверхности листьев четко показаны микрочастицы соединений железа и алюмосиликатов.
Рис. 1. Коэффициент корневого барьера растений Н. perforatum юга Западной Сибири (Me, диапазон варьирования)
Благодаря широкому спектру исследованных ХЭ их общепринятое разделение на 2 группы - макро-и микроэлементы - может быть несколько дополнено и расширено, как это практикуется и в других работах [14]. Так, для надземной части Н. perforatum юга Западной Сибири в среднем характерно очень высокое содержание К, Са, Р, Si, Mg (пх103-104 мг/кг), высокое - Al, Fe, Na (nxlO2 мг/кг), среднее - Mn, Sr, Ba, Zn, В, Ti, Cu (nx 101 мг/кг), пониженное - Ni, Zr (nx 10" мг/кг), низкое - V, Cr, Mo, Co, Y, Ga (nx Ю-1 мг/кг), очень низкое - Sc, Be, Yb (nxlO 2мг/кг).
При анализе литературных данных об элементном химическом составе Н. perforatum можно сделать вывод, что содержание макроэлементов изучается достаточно редко (табл. 2), больший интерес вызывают микроэлементы.
Количество К и Mg в сибирском Н. perforatum в основном совпадает с довольно близкими между собой литературными данными, однако результаты польских [16] и аргентинских [7] исследователей значительно ниже. По накоплению Са в растениях явно выделяются две группы - с высокой (0.26-0.95%масс.) и низкой (0.01-0.05%масс.) концентрацией, что может быть связано с географической областью отбора образцов [14], а более конкретно - с содержанием и подвижностью данного элемента в почвах. В литературе [25, 29] также отмечается, что Са часто присутствует в растительных клетках в высоких концентрациях, так как выполняет многочисленные функции, в том числе ослабляет токсическое воздействие металлов.
Концентрация Na в весьма широких пределах варьирует в растениях как сибирского региона, так и различных стран мира, поэтому в целом литературные данные (табл. 2) соответствуют экспериментальным (табл. 1), хотя отмечаются как экстремально высокие [12], так и низкие значения [10]. Количество А1 (мг/кг), приводимое также в работах [11] (<5-76), [4] (49±3) и [23] (258), в исследуемых нами растениях намного выше литературных данных, которые лишь в отдельных случаях близки к нижней границе регионального диапазона. Содержание (мг/кг) Р и Si приводится лишь в единичных работах: Р - 2300-2800 [16], 2304±50 [12], Si - 80 [23], причем данные для последнего элемента отличаются от экспериментальных более чем на порядок.
В литературе не очень много информации о накоплении Н. perforatum Mo, В, V. Так, концентрация (мг/кг) в надземной части растений Мо в основном выше полученных нами данных - 1.4-4.8 [14, 25, 35] хотя встречаются и близкие значения - 0.32 [21]; а вот содержание В - 16-47 [14, 16, 19, 34] и V- 1.6-6.0 [8, 21, 25] в растениях других стран приближается к западносибирским значениям.
Таблица 2. Содержание макроэлементов в Н. perforatum, %масс.
ХЭ РФ Азия Европа Америка
Пакистан Узбекистан Англия Польша Сербия Эстония Аргентина США
[34] [10] [35] [14] [16] [12] [19] [21] [9] [7] Р]*
к 1.68 - 1.15 - 0.10/0.13 0.97 0.96 1.28 0.76-1.24 0.08/0.09 -
Са 0.73 0.02 0.78 0.26-0.95 0.01/0.02 0.29 0.29 0.31 - 0.01/0.05 0.04
Mg 0.22 - 0.23 0.08-0.19 0.01/0.01 0.16 0.18 0.11 0.19-0.22 0.003/0.01 0.27
Al - - - 0.002-0.037 0.001/0.02 - 0.003 0.004 - 0.0002 0.003
Na - 0.001 0.008 - 0.01/0.03 0.12 - 0.005 - 0.05/0.06 -
Примечание. Здесь и далее через «-» указаны пределы варьирования, «/» - средние значения для различных регионов, производителей и т.п., * - исследовалось содержание ХЭ в порошке из травяных капсул (дополнительные ингредиенты - мальтодекстрин, желатин и др.).
В накоплении Ва и Sr выявились определенные региональные особенности (что уже отмечалось нами ранее и для других видов лекарственных растений юга Западной Сибири [32]): в целом уровень содержания данных элементов в сибирских растениях выше, чем в европейских - содержание Ва в них находится в диапазоне 0.5-22 мг/кг [4,11,14,16,19], Sr - 1-30 мг/кг [11,14,16,20,25]. А вот растения Я. perforatum Средней Азии [35] содержат столько же Sr (40 мг/кг) и еще больше Ва (125 мг/кг), которого также много (до 74 мг/кг) в китайских образцах (Yi, 2004: цит. по [14]).
В целом концентрация микроэлементов в растениях даже одного вида может существенно варьировать - это подтверждают как экспериментальные (табл. 1), так и литературные данные (табл. 2, 3). К сожалению, во многих работах (особенно российских исследователей) зачастую рассматриваются лишь отдельные ХЭ; можно отметить, что их содержание в основном также укладывается в нижеприведенные среднемировые диапазоны.
Таким образом, в целом среднемировые диапазоны содержания ХЭ в растениях Н. perforatum аналогичны региональным, но, как правило, шире и, кроме того, в отдельных случаях отмечаются экстремально низкие и высокие значения. Так, например, содержание (мг/кг) Со изменяется от 0.1 до 2.6; Сг - <0.005-6.1 (до 20 [11]); Си-2-26 (до 120 [14]); Ni-0.5-11.7 (менее 0.006 [10] и 0.04-0.12 [7]); Zn-20-106 (13-182 [1]). Еще сильнее варьирует концентрация (мг/кг) Fe - 25-1200 (от 4.6 [16] до 3000 [1]) и Мп - 8-260 (около 7 [2, 16] и 240-780 [25]), что отмечается и в других работах [1, 11, 13, 14]. Одной из возможных причин данного явления может быть сильное загрязнение растительных образцов [3], однако стоит учитывать, что из-за переменной валентности и различной степени окисления данных элементов концентрация и состав их форм соединений в почвах напрямую зависят от реакции среды и окислительно-восстановительного потенциала, что значительно отражается на их доступности растениям.
Таблица 3. Содержание наиболее изученных химических элементов в Н. perforatum, мг/кг
Регион Источник Со Cr Си Fe Ми Ni Zn
[25] 0.37-0.52 2.8-5.3 4.1-8.3 - 240-780 5.6-8.2 -
[24] - - 4.7/8.5 - 22/69 - 21/49
РФ [23] - 1.29 26.1 254 210 9.96 69.0
[22] - - 7 154 61 3 25
[26] - - 10-16 - - - 38-53
Пакистан [10] 2.6 <0.003 25.4 1020 - < 0.006 78.2
Азия Турция [20] [1] 0.94±0.04 3.70ЯП5 11. 9±0.1 1.8-10.1 1177±100 54-2990 127±5 9.1-197.9 6.25±0.04 67.2±5.5 13-182
Узбекистан [35] 0.33 0.51 11 170 70 7.8 40
Англия [14] не опр. не опр.-1.4 4.6-120 38-760 59-261 не опр.-5.4 23-64
Болгария [13] - - 6-25 25-860 28-183 - 27-106
[15] 1.4/1.8 3.5/6.1 5.6/9.1 40/99 12/32 1.2/11.7 23/46
Польша [16] - - 1.59/1.65 4.6/25.5 6.78/7.60 - 65.3/75.7
[П] - <1-20 - 89-288 31-219 0.5^1.9 40-96
Румыния [6] <0.1 1.05 7.86 178 171 3.5 54.9
Европа [18] [19] <0.001/0.047 <0.001/0.28 0.97/20.5 10.2±0.6 56±3 155±1 0.20/0.76 24.5/42.7 30.0±1.0
Сербия [17] - - 10-18 - 25-226 1.0-8.0 21-59
[21] - 0.93±0.02 9.0±0.1 14.9±0.1 57±1 2.0±0.0 27.Ш.1
Словения [5] - - 6.3-11.7 32-109 7.8-75.4 - 27-103
Украина [3] 0.21 <0.005 8 40 100 - 25
Эстония [9] 0.10-0.18 0.12-0.24 - - 31-58 - 30-36
Америка Аргентина [7, 8] 0.09/0.33 <0.005 12.8/13.5 7.43/8.79 81-92 0.04-0.12 43/46
США [2]* 0.31±0.01 0.31±0.03 8.25ЯП7 79.6±3.3 7.77±0.17 1.07±0.07 19.7±0.4
Примечание, не опр. - ниже предела обнаружения.
Выводы
1. Для надземной части Н. perforatum юга Западной Сибири в среднем характерно очень высокое содержание К, Са, Р, Si, Mg (пх103-104 мг/кг), высокое - Al, Fe, Na (nxlO2 мг/кг), среднее - Mn, Sr, Ва, Zn, В, Ti, Cu (nxlO1 мг/кг), пониженное -Ni, Zr (nxlO" мг/кг), низкое - V, Cr, Mo, Co, Y, Ga (nxlO1 мг/кг), очень
низкое - Sc, Be, Yb (nxlO 2 мг/кг). Статистически значимые отличия по валовому содержанию ХЭ между образцами из различных экотопов практически не проявляются.
2. Среднемировые диапазоны содержания в растениях Н. perforatum наиболее изученных макро-и микроэлементов несколько шире региональных, в отдельных случаях отмечаются экстремально низкие и высокие значения. В накоплении Ва и Sr проявились региональные особенности - в целом уровень содержания данных элементов в сибирских растениях выше, чем в европейских.
3. Все исследованные нами растения Н. perforatum безбарьерно поглощают Zn, Р, В, Mg, Мп и К, но у Са, Ва, Sr, Mo, Со в различных образцах значение Ккб составляет как больше, так и меньше единицы. Остальные исследованные ХЭ содержатся в надземной части растений в меньшем количестве, чем в корнях, при этом Ккб значительно варьирует, изменяясь в диапазоне от 1 до 10 (Си, Be, Zr, Ni, Cr, Y, Sc, Ga, Yb) и более (Si, Ti, Fe, Al, V, Na).
Авторы выражают признательность доктору биологических наук А.И. Сысо и кандидату биологических наук И.И. Баяндиной за научные консультации, а также сотрудникам Новосибирского ГА У (Новосибирск) и Горно-Алтайского ботанического сада (п. Камлак) за участие в выращивании и сборе материала для исследования.
Список литературы
1. Ayan А.К., KizilkayaR., Cirak С., KevserogluK. Heavy metal contents of St. John's wort {Hypericum perforatum L.) growing in northern Turkey // Journal of Plant Sciences. 2006. Vol. 1. N3. Pp. 182-186. DOI: 10.3923/jps.2006.182.186.
2. Bu K., Cizdziel J.V., Reidy L. Analysis of herbal supplements for selected dietary minerals and trace elements by laser ablation- and solution-based ICPMS // Microchemical Journal. 2013. Vol. 106. Pp. 244-249. DOI: 10.1016/j.mi-croc.2012.07.011.
3. Derkach Т., Khomenko V. Elemental Composition of the Medicinal Plants Hypericum perforatum, Urtica dioica and Matricaria chamomilla Grown in Ukraine: A Comparative Study // Pharmacognosy Journal. 2018. Vol. 10. N3. Pp. 486^191. DOI: 10.5530/pj.2018.3.80.
4. Filipiak-Szok A., Kurzawa M., Szlyk E. Determination of toxic metals by I CP-MS in Asiatic and European medicinal plants and dietary supplements // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2015. N30. Pp. 54-58. DOI: 10.1016/j.jtemb.2014.10.008.
5. Glavac N.K., Djogo S., Razic S., Kreft S., Veber M. Accumulation of heavy metals from soil in medicinal plants // Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2017. Vol. 68. N3. Pp. 236-244. DOI: 10.1515/aiht-2017-68-2990.
6. Gogoasal., Jurca V., AldaL.M., Velciov A.,RadaM., AldaS., SirbulescuC.,BordeanD.M., Gergenl. Mineral content of some medicinal herbs // Journal of Horticulture, Forestry and Biotechnology. 2013. Vol. 17. N4. Pp. 65-67.
7. Gomez M.R., Soledad C., Olsina R.A., Silva M.F., Martinez L.D. Metal content monitoring in Hypericum perforatum pharmaceutical derivatives by atomic absorption and emission spectrometry // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2004. Vol. 34. N3. Pp. 569-576. DOI: 10.1016/s0731-7085(03)00643-5.
8. Gomez M.R., Cerutti S., Sombra L.L., Silva M.F., Martinez L.D. Determination of heavy metals for the quality control in argentinian herbal medicines by ETAAS and ICP-OES // Food and Chemical Toxicology. 2007. Vol. 45. N6. Pp. 1060-1064. DOI: 10.1016/j.fct.2006.12.013.
9. Helmja K., Vaher M., Ptxssa Т., Orav A., Viitak A., Levandi Т., Kaljurand M. Variation in the composition of the essential oils, phenolic compounds and mineral elements of Hypericum perforatum L. growing in Estonia // Natural Product Research. 2011. Vol. 25. N5. Pp.496-510. DOI: 10.1080/14786411003792165.
10. Hussain J., Bahader A., Ullah F., Rehman N.U., Khan A.L., Ullah W., Shinwari Z.K. Proximate and nutrient analysis of the locally manufactured herbal medicines and its raw material // Journal of American Science. 2009. Vol. 6. N5. Pp. 91-96.
11. Jurca Т., Marian E., VicasL., GateaD. Simultaneous determination of metals in Hypericum perforatum L. by ICP-OES // Revista de Chimie (Bucharest). 2011. Vol. 62. N12. Pp. 1154-1156.
12. Mihaljev Z., Zivkov-Balos M., Cupic Z., Jaksic S. Levels of some microelements and essential heavy metals in herbal teas in Serbia // Acta Pol. Pharm. 2014. Vol. 71. N3. Pp. 385-391.
13. Nikolova E.L., Valcheva R.D., Angelov Ch.V. Essential and toxic element concentrations in medical herbs from Rila and Pirin (Bulgaria) measured using Energy Dispersive X-ray Fluorescence (EDXRF) Analysis // Acta zool. bulg. 2018. Vol. 11. Pp. 163-167.
14. Owen J.D., Kirton S.B., Evans S.J., Stair J.L. Elemental fingerprinting of Hypericum perforatum (St John's Wort) herb and preparations using ICP-OES and chemometrics // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2016. Vol. 125. Pp. 15-21. DOI: 10.1016/j.jpba.2016.02.054.
15. Pavlova D., Karadj ova I., Krasteva I. Essential and toxic element content in Hypericum perforatum II Australian Journal of Botany. 2015. Vol. 63. N2. Pp. 152-158. DOI: 10.1071/BT14260
16. Pytlakowska К., Kita А., Janoska P., Polowniak M., Kozik V. Multi-element analysis of mineral and trace elements in medicinal herbs and their infusions // Food Chemistry. 2012. Vol. 135. N2. Pp. 494-501. DOI: 10.1016/j.food-chem.2012.05.002.
17. Radanovic D., Antic-Mladenovic S., Jakovljevic M. Influence of Some Soil Characteristics on heavy metal content in Hypericum perforatum L. and Achillea millefolium L. // Acta Horticulturae. 2002. N576. Pp. 295-301. DOI: 10.17660/actahortic.2002.576.44.
18. Radulescu C., Stihi C., Popescu I. V., Ionita I., Dulama I. D., Chilian A., Bancuta O. R., Chelarescu E. D., Let D. Assessment of heavy metals level in some perennial medicinal plants by flame atomic absorption spectrometry // Romanian Reports in Physics. 2013. Vol. 65. N1. Pp. 246-260.
19. Razic S., Onjia A., Dogo S., Slavkovic L., Popovic A. Determination of metal content in some herbal drugs - empirical and chemometric approach // Talanta. 2005. Vol. 67. N1. Pp. 233-239. DOI: 10.1016/j.talanta.2005.03.023.
20. Tokalioglu S. Determination of trace elements in commonly consumed medicinal herbs by ICP-MS and multivariate analysis //Food Chemistry. 2012. Vol. 134. N4. Pp. 2504-2508. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.04.093.
21. Veljkovic J.N., Pavlovic A.N., Brcanovic J.M., Mitic S.S., Tosic S.B., Pecev-Marinkovic E.T. Mitic M.N. Differentiation of black, green, herbal and fruit bagged teas based on multi-element analysis using inductively-coupled plasma atomic emission spectrometry // Chemical Papers - Slovak Academy of Sciences. 2015. Vol. 70. N4. Pp. 488-494. DOI: 10.1515/chempap-2015-0215.
22. Бабошкина С.В., Пузанов А.В. Химический состав почв и растений различных по антропогенной нагрузке территорий г. Барнаула//Мир науки, культуры, образования. 2008. Т. 10. №3. С. 14-18.
23. Власов А.С., Белоногова В.Д., Курицын А.В. Оценка экологической безопасности лекарственного растительного сырья некоторых районов Пермского края // Современные проблемы науки и образования. 2014. №5. URL: www. science-education.ru/119-15027.
24. Мальгин М.А., Пузанов А.В., Ельчининова О.А., Горюнова Т.А. Тяжелые металлы и мышьяк в дикорастущих лекарственных растениях Алтая// Сибирский экологический журнал. 1995. №6. С. 510-514.
25. Ноздрюхина Л.Н., Гринкевич НИ. Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции. М., 1980. 280 с.
26. Стрекалова А.Н. Обоснование технологии сбора лекарственных растений в условиях современной экологической ситуации (на примере Волгоградской области): автореф. дис. ... канд. биол. наук. Волгоград, 2007. 22 с.
27. Загурская Ю.В., Баяндина И.И., Сиромля Т.И., Сысо А.И., Дымина Е.В., Вронская О.О., Казанцева JI.M. Качество сырья лекарственных растений при выращивании в антропогенно нарушенных регионах Западной Сибири на примере Hypericum perforatum L. и Leonurus quinquelobatus Gilib // Химия растительного сырья. 2013. №4. С. 141-150. DOI: 10.14258/jcprm.l304141.
28. Романкевич Е.А. Живое вещество Земли (биогеохимические аспекты проблемы) // Геохимия. 1988. №2. С. 292-306.
29. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Академия, 2003. 400 с.
30. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. Справочник в 6 томах. Москва: Недра, 1994. Т. 1. 304 с.
31. Markert В. Establishing of 'reference plant' for inorganic characterization of different plant species by chemical fingerprinting // Water, Air, and Soil Pollution. 1992. Vol. 64. Pp. 533-538. DOI: 10.1007/BF00483363.
32. Сысо А.И., Сиромля Т.И., Мяделец M.A., Черевко А.С. Эколого-биогеохимическая оценка элементного и биохимического состава растительности антропогенно нарушенных экосистем (на примере Achillea millefolium L.) //Сибирский экологический журнал. 2016. №5. С. 782-792. DOI: 10.15372/SEJ20160515.
33. Schreck Е., Foucault Y., Sarret G., Sobanska S., Cecillon L., Castrec-Rouelle M., Uzu G, Dumat C. Metal and metalloid foliar uptake by various plant species exposed to atmospheric industrial fallout: Mechanisms involved for lead // Science of the Total Environment. 2012. T. 427^128. Pp. 253-262. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.03.051.
34. Ловкова М.Я., Рабинович A.M., Пономарева C.M., Бузук Г.Н., Соколова С.Н. Почему растения лечат. М.: Ле-нанд, 2014. 288 с.
35. Игамбердиева П.К., Данилова Е.А., Осинская Н.С. Исследование содержания химических элементов в лекарственных растениях южной Ферганы и перспективы применения при лечении заболеваний // Микроэлементы в медицине. 2017. №3. С. 48-53. DOI: 10.19112/2413-6174-2016-17-3-48-53.
Поступила в редакцию 10 апреля 2018 г.
После переработки 16 октября 2018 г.
Принята к публикации 28 октября 2018 г.
Для цитирования: Сиромля Т.И., Загурская Ю.В. Элементный химический состав Hypericum perforatum - не-нормируемые элементы//Химия растительного сырья. 2019. №2. С. 179-187. DOI: 10.14258/jcprm.2019023965.
186
T.H. CHPOMJIil, K).B. 3ATYPCKA5I
Siromlya T.I.1, Zagurskctya Yu.V.2* CHEMICAL ELEMENT COMPOSITION OF HYPERICUM PERFORATUM PLANTS: ELEMENTS WHICH CONCENTRATIONS ARE NOT REGULATED
1 Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, pr. Akademika La-vrentieva, 8/2, Novosibirsk, 630090 (Russia)
2 Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Institute of Human Ecology), Sovetsky pr., 18, Kemerovo, 650099 (Russia), e-mail: [email protected]
Hypericum perforatum L. (St. John's wort) is a popular medicinal plant, but its chemical element composition has been studied insufficiently, especially of the plants originated in the Russian Federation. The aim of the study was to examine chemical element composition of Hypericum perforatum L plants originating from the south of West Siberia and to review similar data on plants grown in other climatic zones and regions, attempting to establish chemical elements' ranges in the phytomass of the studied species. Chemical element concentrations were determined by AES in 100 samples of aboveground and 60 samples of below-ground H. perforatum plant parts collected in West Siberia (Novosibirsk and Kemerovo regions, the Altai Republic). Total concentrations of various chemical elements did not differ (P<0.05) in different samples. The aboveground plant parts were found to have very high concentrations of K, Ca, P, Si, Mg (n*103-104 mg/kg) alongside with high concentrations of Al, Fe, Na (n*102 mg/kg) and moderate concentrations of Mn, Sr, Ba, Zn, B, Ti, Cu (n*10 mg/kg), whereas such elements as Ni, Zr (n mg/kg) were found in decreased concentrations, while V, Cr, Mo, Co, Y, Ga showed low concentrations (nxlO"1 mg/kg), Sc, Be, Yb (nxlO"2 mg/kg) being very low. The accumulation of Ba and Sr in plants revealed some regional peculiarities as their concentrations in plants of Siberian origin was higher than in plants of the European one. The average chemical element concentrations for a wide set of world data displayed a wider range, with extremely high or low values, as compared to the regional range of variation. The studied plants had no barriers for the uptake of Zn, P, B, Mg, Mn and K, but for Ca, Ba, Sr, Mo, Co in different samples the root barrier coefficient was higher, lower or equal to 1.
Keywords: St. John's wort, Hypericum perforatum, Chemical element composition, macroelements, biogenic elements (nutrients), essential elements, root barrier coefficient.
References
1. Ayan A.K., Kizilkaya R., Cirak C., Kevseroglu K. Journal of Plant Sciences, 2006, vol. 1, no. 3, pp. 182-186, DOI: 10.3923/jps.2006.182.186
2. Bu K., Cizdziel J.V., Reidy L. Microchemical Journal, 2013, vol. 106, pp. 244-249, DOI: 10.1016/j.mi-croc.2012.07.011.
3. Derkach T., Khomenko V. Pharmacognosy Journal, 2018, vol. 10, no. 3, pp. 486^191, DOI: 10.5530/pj.2018.3.80
4. Filipiak-Szok A., KurzawaM., Szlyk E. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 2015, no. 30, pp. 54-58, DOI: 10.1016/j.jtemb.2014.10.008.
5. Glavac N.K., Djogo S., Razic S., Kreft S., Veber M. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology, 2017, vol. 68, no. 3, pp. 236-244. DOI: 10.1515/aiht-2017-68-2990.
6. Gogoasa I., Jurca V., Alda L.M., Velciov A., Rada M., Alda S., Sirbulescu C., Bordean D.M., Gergen I. Journal of Horticulture, Forestry and Biotechnology, 2013, vol. 17, no. 4, pp. 65-67.
7. Gomez M.R., Soledad C., Olsina R.A., Silva M.F., Martinez L.D. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2004, vol. 34, no. 3, pp. 569-576, DOI: 10.1016/s0731-7085(03)00643-5.
8. Gomez M.R., Cerutti S., Sombra L.L., Silva M.F., Martinez L.D. Food and Chemical Toxicology, 2007, vol. 45, no. 6, pp. 1060-1064. DOI: 10.1016/j.fct.2006.12.013.
9. HelmjaK., VaherM., Ptissa T., Orav A., Viitak A., Levandi T., KaljurandM. Natural Product Research, 2011, vol. 25, no. 5, pp.496-510, DOI: 10.1080/14786411003792165.
10. Hussain J., Bahader A., Ullah F., Rehman N.U., Khan A.L., Ullah W., Shinwari Z.K. Journal of American Science, 2009, vol. 6, no. 5, pp. 91-96.
11. Jurca T., Marian E., Vicas L., Gatea D. Revista de Chimie (Bucharest), 2011, vol. 62, no. 12, pp. 1154-1156.
12. Mihaljev Z., Zivkov-Balos M., Cupic Z., Jaksic S. Acta Pol. Pharm., 2014, vol. 71, no. 3, pp. 385-391.
13. Nikolova E.L., Valcheva R.D., Angelov Ch.V. Actazool. bulg., 2018, vol. 11, pp. 163-167.
14. Owen J.D., Kirton S.B., Evans S.J., Stair J.L. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2016, vol. 125, pp. 15-21, DOI: 10.1016/j.jpba.2016.02.054.
15. Pavlova D., Karadjova I., Krasteva I. Australian Journal of Botany, 2015, vol. 63, no. 2, pp. 152-158, DOI: 10.1071/BT14260.
16. Pytlakowska K., Kita A., Janoska P., Polowniak M., Kozik V. Food Chemistry, 2012, vol. 135, no. 2, pp. 494-501. DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.05.002.
17. Radanovic D., Antic-Mladenovic S., Jakovljevic M. Acta Horticulturae, 2002, no. 576, pp. 295-301, DOI: 10.17660/actahortic.2002.576.44.
18. Radulescu C., Stihi C., Popescu I. V., Ionita I., Dulama I. D., Chilian A., Bancuta O. R., Chelarescu E. D., Let D. Romanian Reports in Physics, 2013, vol. 65, no. 1, pp. 246-260.
19. Razic S., Onjia A., Dogo S., Slavkovic L., Popovic A. Talanta, 2005, vol. 67, no. 1, pp. 233-239, DOI: 10.1016/j.ta-lanta.2005.03.023.
20. Tokalioglu S. Food Chemistry, 2012, vol. 134, no. 4, pp. 2504-2508, DOI: 10.1016/j.foodchem.2012.04.093.
21. Veljkovic J.N., Pavlovic A.N., Brcanovic J.M., Mitic S.S., Tosic S.B., Pecev-Marinkovic E.T. Mitic M.N. Chemical Papers-Slovak Academy of Sciences, 2015, vol. 70, no. 4, pp. 488^194, DOI: 10.1515/chempap-2015-0215.
* Corresponding author.
22. Baboshkina S. V., Puzanov A. V. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya, 2008, vol. 10, no. 3, pp. 14-18. (in Russ.).
23. Vlasov A.S., Belonogova V.D., Kuritsyn A.V. Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, 2014, no. 5, URL: www.science-education.ru/119-15027. (in Russ.).
24. Mal'gin M.A., Puzanov A.V., Yel'chininova O.A., Goryunova T.A. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal, 1995, no. 6, pp. 510-514. (in Russ.).
25. Nozdryukhina L.N., Grinkevich N.I. Narusheniye mikroelementnogo obmena i putiyego korrektsii. [Violation of microelement metabolism and ways to correct it]. Moscow, 1980, 280 p. (in Russ.).
26. Strekalova A.N. Obosnovaniye tekhnologii sbora lekarstvennykh rasteniy v usloviyakh sovremennoy ekologicheskoy situatsii (na primere Volgogradskoy oblasti): avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. [The rationale for the collection of medicinal plants in the current environmental situation (on the example of the Volgograd region): author, dis. ... Cand. biol. sciences], Volgograd, 2007, 22 p. (in Russ.).
27. Zagurskaya Yu.V., BayandinaI.I., Siromlya T.I., Syso A.I., Dymina Ye.V., Vronskaya O.O., KazantsevaL.M. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2013, no. 4, pp. 141-150, DOI: 10.14258/jcprm.l304141 (in Russ.).
28. Romankevich Ye.A. Geokhimiya, 1988, no. 2, pp. 292-306. (in Russ.).
29. Dobrovol'skiy V. V. Osnovy biogeokhimii. [Basics of biogeochemistry], Moscow, 2003, 400 p. (in Russ.).
30. Ivanov V. V. Ekologicheskaya geokhimiya elementov. Spravochnik v 6 tomakh. [Ecological geochemistry of elements. Reference in 6 volumes], Moskva, 1994, vol. 1, 304 p. (in Russ.).
31. MarkertB. Water, Air, and Soil Pollution, 1992, vol. 64, pp. 533-538, DOI: 10.1007/BF00483363
32. Syso A.I., Siromlya T.I., Myadelets M.A., Cherevko A.S. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal, 2016, no. 5, pp. 782-792, DOI: 10.15372/SEJ20160515 (in Russ.).
33. Schreck E., Foucault Y., Sarret G., Sobanska S., Cecillon L., Castrec-Rouelle M., Uzu G., Dumat C. Science of the Total Environment, 2012, vol. 427-^28, pp. 253-262, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.03.051.
34. Lovkova M.YA., Rabinovich A.M., Ponomareva S.M., Buzuk G.N., Sokolova S.N. Pochemu rasteniya lechat. [Why are plants treated], Moscow, 2014, 288 p. (in Russ.).
35. Igamberdiyeva P.K., Danilova Ye.A., Osinskaya N.S. Mikroelementy v meditsine, 2017, no. 3, pp. 48-53, DOI: 10.19112/2413-6174-2016-17-3-48-53 (in Russ.).
Received April 10, 2018 Revised October 16, 2018 Accepted October 28, 2018
For citing: Siromlya T.I., Zagurskaya Yu.V. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2019, no. 2, pp. 179-187. (in Russ.). DOI: 10.14258/jcprm.2019023965.
